電子航法研究所研究発表会(第14回平成 26年6月) 新しいグローバル航空計画と電子航法研究所の研究の方向性について 研究企画統括 1.はじめに 国際民間航空機関(ICAO: International Civil Aviation Organization)は,国際民間航空のための 調和のとれたグローバルな航空管制システムを 実現するための世界共通の目標に向かって,各 国,各地域,航空会社などの各ステークホルダ ー間の合意による作業計画及び技術開発案の勧 告を策定する第 12 回航空管制会議(ANC-12: 12th Air Navigation Conference)を 2012 年 11 月に 開催した。会議は,グローバル航空交通管理 (ATM: Air Traffic Management)システムの調和 と相互運用性に焦点を当てたグローバル航空計 画(GANP: Global Air Navigation Plan)[1]の改訂 などを議論した。ANC-12 で検討した GANP 改 2013 年 9 月の ICAO 総会において提案, 訂案は, 承認された。 国土交通省航空局は平成 22 年度の策定した, 将来の航空交通システムに関する推進協議会に よる将来の航空交通システムに関する長期ビジ ョン(CARATS)のロードマップ[2]を平成 25 年 3 して Full AMAN/DMAN/SMAN,FF/ICE (Full Flight and Flow–Information for a Collaborative Environ- ment),複雑性管理及び全軌道ベース運 航(Full TBO: Trajectory Based Operation)を掲げ るとともに, 実現のために必要な 21 の構成技術 と 4 つの発展段階に分けて,地域航空の調和と 容量拡大並びに効率の向上を行う計画である。 3.2040 に実現する航空交通環境の�� 3.1 航空需要の変化 当所では,研究長期ビジョンの策定に必要な 将来の日本の航空交通環境の変化について検討 した。社会的には,少子高齢化に伴う人口の減 少,都市への集中とそれに伴う地方の衰退,リ ニア新幹線をはじめとする高速鉄道網の拡大に より,航空幹線国内便に対する旅客需要の頭打 ちが見込まれる。しかし,利便性向上のための 月に改訂した。 このような大きな変化の中,当電子航法研究 所としても,平成 20 年 7 月に作成し,平成 23 年 3 月に改訂した電子航法研究所の研究長期ビ ジョン[3][4]の見直しに着手した。ここでは現在 検討を行っている新しい研究長期ビジョンの検 討状況について述べる。 2.GANP の�� 改訂された新しい GANP は,ICAO が実現可 能なタイムラインを提供することによって,地 域における技術向上の調和を図りながら,各国 のニーズに応じた航空管制システムの発展改良 を実施する図1に示す ASBU(Air System Block Upgrade)[5]概念と,そのための技術分野におけ るロードマップを含んでいる。 この ASBU は,航空管制容量及び効率の向上 という目標に対して,図 2 で示される,空港運 用,システムとデータの相互運用性,全世界的 に協調した ATM 及び効率的な飛行経路の 4 つ の改善業務分野を設定し,実現した運用概念と 藤井 直樹 図 1:ICAO GANP における ASBU の概念 図 2: 4 つの改善業務分野と実現した運用概念並 びに必要な 21 の構成技術の関係 -1- 電子航法研究所研究発表会(第14回平成 26年6月) 運航の高頻度化及び地方都市間や離島を結ぶ利 用が拡大,並びに,アジア諸国の経済成長に伴 い,国際便や上空通過機の堅実な増加が予測さ れる。さらに,アジアをはじめとする世界の富 裕層の増加などによるビジネス機の増加も見込 まれる結果,航空交通管制の取り扱い機数の増 加が見込まれる[6]。 ��� 航空機技術等の変化 航空機技術もゆるやかに進展することが考え られ,定期旅客運航する有人機についても,現 在パイロット 2 名が必要とされているが,自動 化・省力化のための技術開発やシステムの信頼 性の向上により,パイロット 1 名での運航が可 能となることが考えられる。さらには,貨物輸 送分野を中心として無人機の普及が進む可能性 もある。そのために必要とされる機体やエンジ ンに対する故障検知や,不具合対応を迅速に行 うためのモニタリング技術に必要な空地間の通 信が大幅に増大する。 今後,垂直離着陸機などの高い運動性能を持 つ機体の使用が促進されるとともに,超音速機 などの高速機,高い燃料効率特性を持つオープ ンローター機,電動機などの低速機が飛行する 可能性があり,一般の空域においても運航速度 域が大きく異なる航空機が共存する。航空機の サイズもバリエーションが増え,多様な需要に 合わせた大型から小型まで色々なサイズの航空 機が同一の空域を飛行するようになる。 機体の制御方式も,飛行制御コンピューター (FMC)の更なる高度化により,効率の良い運 航が可能になるとともに,機材の軽量化のため のフライバイワイヤレス方式の採用が考えられ る。低騒音旅客機やグリーン燃料を用いた低環 境負荷の航空機により,都市部上空を飛行する ときの環境問題が軽減される。 空港設備技術も,変化する航空機や高密度運 航に合わせて進化する。例えば,進入経路の後 方乱気流やウインドシアの検知システム,視界 0 でも航空機の誘導路走行を可能とする空港面 全体を走行する全自動トーイングシステムが開 発運用される。航空機・車両及び空港面の異物 に対する監視技術が向上し,空港面の管理の自 動化や情報化が進む。これらの結果,空港面及 び周辺空域の交通流の高密度化・効率化が進む。 一方で, 需要の多くない空港や時間帯において, 監視・通信・制御技術の向上により,遠隔地か らの空港管制が可能になり,地方空港などの管 理効率化が進む。 ��� CNS の変化 航 空 の 運 航 を 支 え る 通 信 航 法 監 視 (CNS: Communication, Navigation and Surveillance)シス テムにおけるも進展が見られる。まず航法では, 測位精度が向上した次世代の全地球航法衛星シ ステム(GNSS: Global Navigation Satellite System) の利用が促進され,従来航法施設の縮退が進み, 全ての航空機が航法機器として GNSS を用いる ようになる。さらには曲線精密進入などの高度 運航が行われる。従来は気圧高度が用いられて いた垂直方向の航法に関しても低高度を中心に GNSS が航法装置として用いられるようになっ ている。 監視では,航空機が航法装置を用いて測位し た位置を送信する受動型監視が主流となり,現 在使われているレーダーはバックアップとして 使用される。また,航空機のインテント情報の 取得や航空機同士の監視も広く行われ,より効 率的で安全な運航が行われる。衝突防止に関し ては航空機衝突防止システム(ACAS: Airborne Collision Avoidance System)の機能改善により, 信頼度向上や自由度の多い水平回避が実現され る。 通信では,大容量・高速化が進み,空地間に おける気象情報など安全で効率的な運航に必要 十分な情報のやり取りが可能となる。非常時を 除いて音声通信の利用は減少し,すべての飛行 フェーズにおいてデータ通信が主として用いら れる。航空管制における情報通信の重要性が増 すとともに,セキュリティ強化のための技術が 航空無線通信においても導入される。 航空機の運航に必要な情報共有基盤が整備さ れ,セキュリティを保ちながら,乗客,航空会 社,管制機関などのステークホルダー間での情 報共有がスムーズに行えるようになる。 ��4 航空交通管理の変化 飛行する航空機の種類の多様化に伴い,多様 な運航方式に対するニーズが高まる。一部の小 型機を除いては,TBO:といわれる,離着陸を含 めすべてのフェーズにおける航空機の自動制御 が実現し,航空機は非常に高い精度で決められ た軌道を計画通りに飛行できるようになる。燃 料効率における最適な軌道は航空会社や機種毎 に異なるものの,出発時刻等を飛行計画段階で 調整しておくことにより,ほぼ最適な軌道で飛 行しながらも,異常接近等の問題が発生しない 飛行が可能となる。 極端気象時を除いた天気予報の精度が向上し, 天候を原因とする事前に作成した飛行軌道の変 -2- 電子航法研究所研究発表会(第14回平成 26年6月) 更がほとんどなくなる。航空機のモニタリング 技術の向上により,機体やエンジンの故障及び 不具合などによる飛行軌道の変更は減ると予想 されるが,旅客の都合による出発時刻などの変 更は依然として残る。 飛行経路や飛行方式の設定の柔軟性が増すこ とにより,騒音被害を分散化させるため航空機 毎に異なる飛行経路を割り当てるなどの運航が 可能になる。その結果,種々の航空機が異なる 軌道で飛行することが予想されるため,管制作 業の複雑さが増すものの,低騒音機の導入と合 わせて都市部上空を低高度で飛行する進入や出 発方式が可能となる。 管制の自動化が推進され,異常接近回避など の問題の管制官のタスクの多くを,自動システ ムが解決することが期待される。その結果,多 くの航空機が異なる飛行方式で飛行していても, 管制官が交通流を直接制御する機会が減少する。 しかも,自動化システムが故障した際の,バッ クアップシステムの活用など人間を含めたシス テムのレジリエンスは確保されている。 4.実現するための技術開発 3 章で述べた予想される航空交通を実現する ために必要な航空交通管理やそれを支える航空 通信・航法・監視技術に関する開発課題として は数多く存在する。GANP の中でも各分野にお けるロードマップを策定している。その一例と して図 3 に空地間通信のロードマップを示す。 今回,当所で提案しようとするロードマップは, 必要な要件だけでなくできるだけ解決できる技 術開発課題を提示することを目指している。 航空機技術の進歩に対しては,無人機やパイ ロット 1 名運航に必要な航空機モニタリングの ための通信技術や非常時の操縦技術の開発,航 空機同士の監視による安全性の向上や衝突回避 技術の開発,さらに,操縦に専念するための管 制との交信時間を減らす技術の開発,並びに, 多様な機体特性に対応した管制支援ツールの開 発という課題がある。 空港設備技術の開発では,空港面異物探知レ ーダーの開発や空港面における機上・地上の協 調による地上自動走行誘導・管制技術の開発, さらには,後方乱気流の検出システムや無人ト ーイングシステムによる空港面誘導の自動化技 術の開発などの空港施設に関する技術の開発も 必要となる。 CNS 技術では,航空需要の変化に対応した高 密度運航を可能とする TBO 技術の確立や CNS システムの機能,信頼性及びロバスト性の向上 が要求される。例えば,GNSS に対する脆弱性 を解決するための代替え航法に対して,従来の DME-DME/INS システムでは達成していない GNSS 相当の精度が将来の高密度運航では求め られる。また,監視システムにおいても,機上 システムを含めた ADS-B や SSR モード S シス テムの信頼性向上が必要となる。通信システム においては,管制官-パイロット間データリン ク通信(CPDLC)などにおいて,セキュリティの 面からも,なりすましなどを防ぐ技術の向上な どの高い信頼性技術と,そのための高速化・大 容量化技術が望まれる。 航空交通管理に関して,短期的には地方空港 の利便性向上のためのリモートタワーや SBAS による精密進入方式を実現する技術開発,及び 回転翼機の就航率の向上を図る離発着運航方式 である Point-in-Space 方式や低高度 RNP-0.3 運航 支援技術の開発がある。 長期的には,上空通過機のためのフローコリ ドーによる空域分離が可能となる技術開発, TBO を可能とさせる,飛行前及び出発から到着 までの任意の時点における,空港面,ターミナ ル及びエンルート交通流を含め,同期した安全 で効率的な軌道に対する予測,制御技術の開発 がある。また,進入出発時における,天候等に よる時間替わり経路を設定誘導する技術の開発, 極端気象及び乗客の都合による運航時刻の突然 の変更に対応した飛行時における FMS 入力が 可能な高信頼性の通信システムの開発がある。 管制システムのレジリエンス確保のための, 管制官が直観的に理解しやすく,従来型の管制 方式と相互に移行することが容易な表示技術及 び交通流の時間管理ツールの開発がある。また, 図 3:ICAO GANP 記述された空地間データ通信に 関するロードマップ -3- 電子航法研究所研究発表会(第14回平成 26年6月) ステークホルダー間の情報を共用し,必要とさ れる人に分かりやすく提示するための情報イン フラの構築することも必要である。 5.ENRI にお�る研究の方向性 安全で環境にも優しい効率的な航空交通の実 現のためには,ATM/CNS の分野に限っても, 必要とされる技術開発分野は多岐にわたる。こ れら分野に対して,当所単独ですべての研究分 野を網羅することは,非常に難しく,行政を支 援するための短期的な研究分野も合わせて行う 必要もある。 ATM/CNS の研究分野は,今までは大学など では行っていない分野であったが,航空局の航 空交通データの公開や当所の研究の公募などに より,大学でも興味を示す大学も多くなってき ている。大学などにおいては,主として基礎的 な分野を行っており,当所の長期的研究分野と 適合性がある場合が多く,これらの大学などと 共同研究を行って行く必要があると考える。 今後,当所としても,重点的に行う分野の決 定に際し,多くの人たちと話し合いと進めなが ら, 効率的に進められる分野及び体制を検討し, 研究を精力的に進める予定である。 6.まとめ ATM/CNS シ ス テ ム の 進 む べ き 道 と し て GANP が 2013 年 9 月の ICAO 総会において承認 された。2013 年 3 月には航空局の CARATS の プログレスレポートが発行され,ロードマップ も改訂されたとともに,一層の確実な航空交通 管理システムの進捗を図ることとなった。当所 においても,2013 年 2 月にアジアでも最大級の ATM/CNS に関する研究集会である EIWAC2013 を開催し,多くの研究者を集めた議論が交わさ れ,このワークショップの中においても,今後 の長期的な ATM/CNS 技術の方向性が示された。 平成 20 年に策定し,平成 23 年に改訂した電 子航法研究所の研究長期ビジョンも,それに合 わせて新たな見直しが必要とされており,その ための活動を開始している。 このような状況下において,当所としても, なお一層航空交通管理に関する研究の促進を行 うことにより,アジアを代表する研究機関とし ての地位を確立するとともに,航空行政及び関 係学会並びに国民生活に貢献する存在として努 力する所存である。 参考文献 [1] ICAO: “2013-2028 Global Air Navigation Plan”; Doc. 9750-AN/963 Forth Edition, ICAO, Montreal, Quebec, Canada, Oct. 2013 http://www.icao.int/Meetings/a38/Documents/GAN P_en.pdf [2] 将来の航空交通システムに関する推進協議 会: “将来の航空交通システムに関する推進協 議会平成 24 年度活動報告書”;, 将来の航空交 通システムに関する推進協議会, 国土交通省 航空局,平成 25 年 3 月 http://www.mlit.go.jp/common/000993375.pdf http://www.mlit.go.jp/common/000993376.pdf [3] 電子航法研究所研究長期ビジョン検討委員 会: “電子航法研究所の研究長期ビジョン報告 書”: 独立行政法人電子航法研究所 研究長期 ビジョン検討委員会,電子航法研究所,東京 調布,平成 20 年 7 月 [4] 電子航法研究所研究長期ビジョン検討委員 会 : “ 電子航法研究 所の研究 長期ビジョ ン (2011 年版) 報告書”: 独立行政法人電子航法 研究所 研究長期ビジョン検討委員会,電子航 法研究所,東京調布,平成 23 年 3 月 http://www.enri.go.jp/news/osirase/pdf/choki_ver 1_1.pdf [5] ICAO: “Working Document for the Aviation System Block Upgrades”; ICAO, Montreal, Quebec, Canada, July 2012 [6] ICAO: "Global Air Transport Outlook to 2030 and trends to 2040", Cir333, AT/190, ICAO, Montreal, Quebec, Canada, Sep. 2013 -4-
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